Já que a Antártida está virtualmente intocada pela civilização e apresenta pouca vida vegetal ou animal, ela serve como um laboratório natural ideal para as ciências geofísicas. No Ano Geofísico Internacional de 1957/8, 12 países cooperaram para iniciar uma pesquisa sobre a região do Pólo Sul. A empreitada contribuiu para a assinatura do Tratado Antártico de 1959; além de adiar reivindicações territoriais, os 12 países signatários concordaram em usar a região juntos, para propósitos científicos e pacíficos apenas. Outros países aderiram posteriormente ao trabalho de pesquisa. Em 1988, os países signatários do tratado assinaram um acordo para reger o desenvolvimento de todos os recursos naturais da Antártida. Entre março de 2007 e março de 2009, acontece o 4º Ano Polar, cuja idéia é aumentar as pesquisas e a divulgação do local, seus problemas e importância.
O Brasil tem sua base científica, a estação Comandante Ferraz, nas ilhas rei George a 130 km da península antártica.
Os estudos de exploração da superfície da Antártida estão em larga medida concluídos, e as pesquisas agora giram em torno dos processos naturais em ação na atmosfera, no gelo e no mar.
Geologia
Estudos geológicos extensos oferecem um delineamento geral da geologia da região, e sustentam a teoria das placas tectônicas. Pesquisas indicam que a Antártida no passado fez parte da Gondwanaland, uma gigantesca massa terrestre que começou a se romper e derivar em porções separadas cerca de 125 milhões de anos atrás. Por fim, essas porções formaram a Austrália, a América do Sul, a África, o subcontinente indiano e a Antártida. De especial interesse geológico são os potenciais recursos minerais e petroleiros do continente e do leito marinho adjacente. Fósseis e formações rochosas expostas, bem como juntas carboníferas, oferecem indícios quanto ao passado geológico do continente. Em determinado momento, não havia gelo na Antártida, e árvores e mamíferos de grande porte floresceram na região.
Glaciologia
Boa parte da pesquisa glacial na Antártida está centrada na extensão da calota de gelo e suas características superficiais, como a temperatura e o acúmulo de gelo. Sob crescente estudo, o uso de técnicas como a ecobatimetria por rádio e a perfuração de núcleos gelados permite uma compreensão melhor sobre a natureza interna do gelo. Os cientistas também estão tentando determinar a idade do gelo; o gelo da Antártida Oriental teria 25 milhões de anos de idade, de acordo com os cálculos, enquanto o da Antártida Ocidental seria muito mais novo.
Meteorologia
Usando instrumentos terrestres, balões meteorológicos e satélites, os meteorologistas realizam observações detalhadas do ar sobre a Antártida. Eles medem umidade, temperatura, pressão do ar, velocidade e direção do vento, precipitação, radiação e o conteúdo de ozônio e dióxido de carbono da atmosfera. Com essa informação, eles tentam determinar o efeito do clima antártico sobre o clima em outras áreas. Observações no final dos anos 80 revelaram reduções sazonais generalizadas na concentração de ozônio sobre Antártida.
Outros Estudos
Porque as águas da Antártida circundam o planeta sem interrupção por uma massa terrestre, são ideais para o estudo das ondas e das propriedades químicas e físicas da água do mar. Também oferecem informações sobre correntes oceânicas e as variações de temperatura dos oceanos mundiais.
A presença do pólo geomagnético sul e a relativa ausência de ruído nas freqüências de rádio (devido à relativa escassez de temporais com relâmpagos e trovões) fazem da Antártida uma área ideal para o estudo das auroras, da ionosfera, da radiação cósmica, do Sol, do campo magnético da Terra e de diversos outros fenômenos.